锚杆注浆联合支护大断面煤仓硐室围岩变形分析.pdf

第23卷第4期湖南科技大学学报（自然科学版）Vol.23No.4
2008年12月JournalofHunanUniversityofScience&Technology（NaturalScienceEdition）Dec.2008

锚杆注浆联合支护大断面煤仓硐室围岩变形分析

王卫军1，张鹏1,2，彭文庆1,2，彭刚1,2

（1.湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201；2.南方煤矿绿色安全开采技术及装备重点实验室，湖南湘潭411201）

摘要：以土朱矿井煤仓硐室为例，运用损伤力学分析了巷道开挖效应；利用FLAC4.0数值模拟软件计算分析了大断面硐室围
岩的稳定性，并建立了无支护和锚杆注浆联合支护两种模拟方案，两种方案模拟结果的对比显示锚注联合支护形式能够有效地加
固围岩和控制围岩变形；通过工程类比法和FLAC数值模拟相结合对大断面硐室锚杆注浆联合支护方案进行了设计，确定了锚注联
合支护参数，通过后期的现场观测，说明了锚杆注浆联合支护在大断面煤仓硐室支护中效果良好，能够保证硐室围岩的长期安全稳
定.图4，表2，参9.
关键词：大断面；煤仓硐室；围岩变形；数值模拟；锚杆注浆联合支护；损伤力学
中图分类号：TD322+.4文献标识码：A文章编号：1672-9102（2008）04-0006-04

随着开采深度的不断向下延伸，矿山压力显现日方向设爬车机，补偿高差2.0m.-50m煤仓全高17m，
趋明显，如大范围片帮、脱皮掉壳、顶板离层、下沉等，仓高13.2m，有效储煤高度9m，煤仓直径4.6m，有效
造成巷道支护难度越来越大.土朱矿－50m煤仓埋深容积150m2.-50m煤仓给煤机硐室位于煤仓出煤口
400mm，围岩松散破碎，矿压显现明显，为满足安全生下部平台，平台高1.8m，宽3.6，长3.2m，平台下煤仓
产需要，确定合理的煤仓支护方式和支护参数就显的中线底板高度2m.煤仓直径4.6m，开挖直径5.6m，
尤为重要.作者运用弹塑性力学损伤对工程进行了计浇注混凝土厚度为0.5m.
算分析，并用工程类比法和FLAC相结合的方法确定该硐室埋深约400m，围岩主要为泥质粉砂岩，由
了合理的煤仓支护方式和支护参数，证明了锚注联合于该水平煤仓硐室断面大、结构复杂，围岩较破碎，施
支护在大断面硐室支护中的可行性.工工艺复杂，硐室开挖后，应力重新分布，会发生局部
范围的应力集中，围岩塑性变形严重，承载能力急剧
1工程概况
下降，在较小的采动影响下，就有片帮和冒顶现象发
生造成支护极为困难是矿井延深工程中主要的技
土朱矿井位于金竹山矿区南段中部，为涟邵矿业，，
术难题之一因此进行合理支护设计与施工具有重
集团金竹山实业有限公司之骨干矿井，1970建成投，，
要意义
产，设计生产能力40万吨/年，矿井为平硐暗斜井开.
拓，一水平运输大巷标高为-50m，二水平运输大巷标2围岩变形损伤力学分析
高为-250m，目前矿井正处于水平接替时期.-50m水
结合巷道围岩岩体在开挖卸载时的特有力学性
平硐室包括翻车机硐室、煤仓以及给煤机硐室.-50m
态运用卸荷岩体脆弹塑性损伤力学进行巷道开挖效
翻车机硐室长9m，净宽6m，净高5.6m，净断面，
应的研究分析判断岩体是否进入塑性状态文献
30.96m2.在重车进车方向设单道阻车器，在空车出车.，[1]
从一般加、卸载判断准则出发，针对工程上常用的

收稿日期：2008-06-10
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50674045）
作者简介：王卫军（1965-），男，湖南涟源人，博士，教授，主要从事软岩、煤巷支护等方面的教学与研究.

6
Drucker～Prager准则，推导出相应的加、卸载准则.3稳定性数值分析

2.1基于D-P准则的加、卸载准则
3.1模型的建立
Drucker-Prager准则的屈服函数表达式为
数值模拟软件采用美国Itasca公司FLAC4.0[4]，根
f=aI+J-k.（1）
1姨2据工程实际情况和考虑边界效应的影响，将模型尺寸
式中，a、k为与岩体抗剪强度参数c、φ有关的材料参
划分为宽×高=60m×60m，网格为126×126，巷道为
数；I为应力第一不变量；J为应力偏量的第二不变量.
12矩形，宽4.6m，高3.35m，模型采用应力边界条件，模型
对（1）式两端全微分得：
上表面施加均匀的垂直压应力，按巷道上覆岩体的自
11
df=a+[2σ1-（σ2+σ3）dσ1]+重考虑，模型两侧面施加随深度变化的水平压应力，模
σ3σ
2姨J2
型下表面垂直位移固定，左右两侧水平位移固定.
11
a+[2σ2-（σ1+σ3）dσ2]+
σ3σ3.2硐室围岩稳定性
2姨J2
11无支护时巷道变形状况
a+[2σ3-（σ1+σ2）dσ3]=3.2.1